浅谈GIS设备SF6微水超标原因及预控措施

浅谈GIS设备SF6微水超标原因及预控措施

潘政1李金2

潘政1李金2

（华能澜沧江水电有限公司漫湾水电厂云南临沧675805）

摘要：分析了水分对GIS设备及SF6气体的影响，并对GIS设备SF6气体微水超标原因进行分析，提出防止GIS设备SF6气体微水超标的预控措施。

关键字：GIS、六氟化硫、微水、控制

Abstract:analysisoftheeffectsofmoisturecontentofGISequipmentandSF6gas,andofGISequipmentSF6gasmicrowatercontentexceedingthereasonanalysis,proposedtopreventtheGISequipmentSF6gasmicrowatercontentexceedingtheprecontrolmeasures.

Keywords:GIS,sixfluoride,microwater,control

引言

六氟化硫（SF6）气体常温常压下为无色、无味、无臭、无毒的不可燃气体，化学性质稳定。SF6气体还具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能，其耐电强度为同一压力下氮气的2.5倍，击穿电压是空气的2.5倍，灭弧能力是空气的100倍，是一种优于空气和油之间的新一代超高压绝缘介质材料。随着超高压输配电技术的发展，SF6凭借其较高的介电强度和优良的灭电弧性能，广泛用于GIS设备、大容量变压器、高压电缆等设备作为绝缘材料。但是，如果SF6气体中存在水分，将对SF6的化学性能及电气绝缘性能造成不良的影响，严重威胁设备安全、稳定运行。

1、水分对SF6气体及GIS设备的危害

在大电流开断时由于强烈的放电条件，SF6会分解成离子和原子团，而在放电过程终了时，其中大部分又会重新复合成SF6。但是，其中一部分会生成有害的低氟化物。这些物质的反应能力极强，当有水分和氧气存在时，这些分解产物又会与电极材料、水分等进一步反应生成组分十分复杂的多种化合物，将造成设备内部有机绝缘材料的性能劣化或金属的腐蚀，致使设备绝缘性能下降。

当设备中的水分含量较高时，在温度高于200℃就可能发生水解反应，生成SO2和HF。SO2可进一步与H2O反应生成亚硫酸。氢氟酸和亚硫酸都具有腐蚀性，可严重腐蚀电气设备。SF6气体中的水分会加剧低氟化物的水解。电弧高温可达5000~10000℃以上，在这样的高温下，SF6可分解成原子态的硫和氟。电弧熄灭后，S、F原子重新结合成SF6，但其中仍有一部分结合不完全而生成低氟化物。由于水分的存在，低氟化物可进一步水解生成氟化亚硫酸。SF6气体分解产物的水解反应会阻碍SF6气体分解产物的复合，降低SF6气体介质恢复强度，从而降低SF6气体的绝缘强度和灭弧能力。

SF6气体分解产物水解后产生的物质对人体有着毒害作用。这些有毒物质主要损害人体的呼吸系统，中毒后出现类似感冒、皮肤过敏、恶心、疲劳等不良反应，吸入剂量大时，会出现更加严重的后果。

SF6气体中的水分主要以水蒸气的形式存在，当水分含量超过一定值，且温度下降时，过多的水蒸气便会凝结成露，附着在设备绝缘件及导电部件表面，引起沿面放电，导致击穿电压显著下降，在、严重时引起设备击穿事故的发生。

2、GIS设备SF6气体微水超标的原因

造成GIS设备SF6气体水分含量超标的原因主要有以下几个方面：

（1）SF6新气中本身含有水分

SF6新气或SF6电气设备中运行的气体都不可避免的含有微量水分。SF6新气中的水分主要是生产过程中混入的，由于SF6在合成后，要经过热解、水洗、碱洗、干燥吸附等工艺，生产环节多，难免会遗留少量水分。其次，SF6气瓶在场时间的存放过程中，若储存环境不符合要求，气瓶的密封不好的话，大气中的水分会直接向气瓶内部渗透，导致水分含量增加。

（2）大气中的水分经由GIS设备密封薄弱环节渗透到设备内

GIS设备在长期运行过程中，不可避免的会有部分SF6气体往外泄露，同时设备内部的水分含量也会增加，这是因为设备内外水蒸气的相对压差导致的。虽然设备内部的压力高外部压力，但因设备内SF6气体中水蒸气分压力小于设备外部的水蒸气分压力，由此导致水蒸气由设备外部向其内部渗透。例如当环境温度为20℃，相对湿度为85%时，水蒸气饱和压力为2.33×10-3MPa，则此时水蒸气分压力为：

2.33×10-3×0.85=1.98×10-3MPa

当设备内SF6气体压力为0.6MPa，水分含量为300ppm时，设备内部水蒸气分压力为：

0.6×300×10-6=0.18×10-3MPa

设备内外水蒸气分压差达11倍，由此可见，环境湿度增加，设备内外水蒸气压差也随之增加，水分也越容易向设备内部渗透；设备内部水分含量越低，则水蒸气压差也越大，也会导致生蒸汽越容易向设备内部渗透。

（3）GIS设备在组装维修检查和补气过程中混入水分

设备安装和检修维护过程中也会将空气中的水分带入设备内部，如绝缘件在空气中暴露的时间过长而受潮，吸附剂活化处理时间不够，干燥不彻底，安装时暴露在空气中时间过长等，可能带入数量可观的水分。设备在抽真空补气时，工作人员不按有关规定和检修工艺操作要求进行操作，如充气时气瓶未倒立放置，管路、接口不干燥或装配时暴露在空气中的时间过长等导致水分带入。

3、GIS设备SF6气体微水的控制措施

通过以上对SF6气体水分含量超标原因的分析，水分的侵入环节贯穿SF6气体绝缘设备的整个过程，为达到良好的控制效果，要从设备整个维护过程入手，做好关键工序的质量把关。

（1）把好SF6新气质量关。

新气到货后应对生产厂家名称、装罐日期、批号及质量检验单进行复核、检验，合格后方可使用。SF6气瓶放置在阴凉干燥、通风良好地方，防潮防晒，并不得有水分或油污粘在阀门上，未经检验合格的SF6新气气瓶和已检验合格的气体气瓶应分别存放，以免误用。存放半年以上的新气，使用前要检验其微水量和空气，符合标准后方准使用。为了保证SF6气体新气的质量和纯度，使用前应严格按照GB/T12022-2006《工业六氟化硫》进行检测。

（2）把牢设备组装质量关

改善SF6高压电气设备组装和维修检查过程中的环境状况，控制环境空气湿度不大于30%，尽量减少环境中的水分向设备内部渗透。安装检修人员须严格遵循相关工艺要求进行组装和维修，在设备组装之前使用丙酮对设备表面进行彻底清洁，组装过程中对人员触摸过的部位及时进行清洁，防止水分遗留在部件表面。控制好密封件的质量，采用渗透率小的密封件，加强断路器密封面的加工、组装质量，保证密封良好。断路器法兰面及动密封都用双密封圈密封，一可加强密封效果，减少SF6气体的漏气量，二可减少外界水分进入SF6断路器中。采用高效吸附剂，使用前进行活化处理，安装时尽量缩短暴露于大气中的时间，减少吸附剂自身带入的水分。

（3）控好设备抽真空及充气操作关

严格按照《高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法》GB11023-1989和《气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程》

DL/T603-1996的要求对设备进行瞅着真空操作，真空度达到133Pa开始计算时间，维持真空泵运转至少在30min以上，尽量抽出设备内部的水分，停泵后静观5h以上，检查设备气室真空度变化不超过67Pa，极限不超过133Pa，否则应检查漏电并进行处理直至合格，抽真空要有专人负责，防止误操作而引起的真空泵油倒灌事故。

充气操作应在晴朗干燥天气进行，并提前对充气管路进行干燥处理，对于长时间不用的管路应进行烘干处理，充气的管子必须用聚四氟乙烯管，并确保管子内部干燥，无油无灰尘，充气前用新的SF6气体进行冲洗。

（4）管好设备维护关

加强运行中GIS设备SF6气体微水量的监视测量，建立定期检查记录设备压力及测量微水含量的制度。对于运行中的设备，当发现压力表在同一温度下前后两次读数的差值达到0.01～0.03Mpa时应全面检漏，找出漏点，并及时进行处理，如不具备条件应适当缩短SF6微水检测周期。设备安装完毕充气24h后，应进行SF6气体微水测量，设备通电后每3个月测量一次，直至稳定，以后应定期测量对微水含量。

4、结束语

总而言之，水分对SF6气体及设备的影响是非常大的，SF6气体微水含量的多少直接关系到SF6气体绝缘强度的高低及设备的安全稳定运行。对SF6气体的微水含量，要从预防入手，以监督为主，严格把控设备组装、充气、维护各个环节关键点，建立SF6微水定期检测机制，确保GIS设备的安全稳定运行。

参考文献

[1]罗学琛，SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS），中国电力出版社

[2]GB/T12022-2006，工业六氟化硫

作者简介：

潘政（1987—），男，云南大理人，助理工程师，主要从事水电厂电气一次设备检修与维护工作。